СПОСОБ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ВНЕШНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РУЛОНА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК B21B45/02 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к горячей полосовой прокатке, включающей намотку горячей полосы в рулон.

Известен способ теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы, заключающийся в упаковке рулона в теплоизолятор, выполненный в виде алюминиевой фольги толщиной 17 мкм, с последующим креплением фольги на рулоне [Заяв.Японии №53-75829 от 1980 г.].

Недостатком этого способа является то, что из-за высокой теплопроводности алюминия не уменьшается скорость остывания быстро охлаждающихся внешних витков и неравномерность остывания рулона по радиусу сохраняется. Кроме того, использование этого технического решения ограничено тем, что температура плавления алюминия 660°С, а верхняя граница температуры смотки горячекатаных стальных полос достигает 800°С.

Наиболее близким к заявляемому способу по функциональным признакам является способ теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы путем покрытия его тонкой пленкой порошка, обладающего теплоизолирующими свойствами, при температуре металла на 300°С ниже температуры смотки полосы в рулон [Заяв.Японии №53-36468 от 1979 г.].

Недостатком известного технического решения является то, что порошок наносится на рулон при температуре ниже температуры смотки на 300°С, т.е. когда уже проявилась существенная неравномерность в температуре витков рулона. Так как температура смотки полос достаточно высока, 500...850°С, то градиент температуры наружных и средних по намотке витков рулона, за время пребывания рулона на воздухе, до нанесения на его поверхность теплозащитного покрытия в виде порошка может достигнуть 150...280°С.Такая большая разница в потере тепла между внешними и средними витками намотки рулона необратимо сказывается на процессе структурообразования металла этих витков. Это не может быть устранено никакими последующими техническими мероприятиям, без дополнительных энергозатрат, например установкой рулона под теплоизолирующий кожух, и имеет решающее значение в образовании неравномерности распределения физико-механических свойств по длине готовой полосы.

Кроме того, горячий рулон при температуре, близкой к температуре смотки полосы, окружен сильными конвективными потоками воздуха. Скорость воздушных потоков у поверхности рулона достигает 10-15 м/с, что не позволяет частицам порошка массой в сотые доли грамма достигать, а тем более удерживаться особенно на вертикальных поверхностях горячего рулона, создавая на них сколько-нибудь значимый теплоизоляционный слой.

Технический результат настоящего изобретения заключается в сокращении времени пребывания внешних поверхностей горячего рулона на воздухе для уменьшения температурного градиента наружных и средних по радиусу намотки витков и тем самым для выравнивания значений физико-механических свойств металла по длине готовой горячекатаной полосы.

Указанный технический результат достигают тем, что для теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы, заключающейся в нанесении теплоизолирующего покрытия на поверхность рулона, достигшего температуры ниже, чем температура, при которой полоса была смотана в рулон, перед нанесением теплоизоляционного покрытия на рулон теплоизоляционный порошок смешивают с жидкостью, получая суспензию или коллоидный раствор, а затем полученный раствор путем разбрызгивания наносят на поверхности горячего рулона, непосредственно после выхода его из моталки. Устройство для реализации предлагаемого способа содержит средства смешивания теплоизоляционного порошка с жидкостью для получения суспензии или коллоидного раствора и средства подачи его под давлением в систему разбрызгивающих форсунок, укрепленных внутри кожуха, устанавливаемого над горячим рулоном после выхода его из моталки.

Удаление тепла через боковые образующие поверхности в начальный период охлаждения только что намотанного рулона вносит решающий вклад в формирование структурной неравномерности по длине готовой горячекатаной полосы и, как следствие этого, в образование неравномерности физико-механических свойств по длине готового полосового металла. Нанесенное на внешнюю поверхность рулона теплоизоляционное покрытие существенно уменьшает коэффициент теплоотдачи и степень черноты теплоотдающих поверхностей рулона, особенно с боковых образующих, наибольших по значениям площадей тепловыделения.

Наибольшее выделение тепла согласно законам термодинамики происходит в первые минуты охлаждения при максимально высоком градиенте температуры окружающего воздуха и поверхности металла рулона. Показатели последней находятся на уровне температуры смотки полосы, а температура воздуха в отдельных случаях реальных условий цеха близка к отрицательным значениям. Предотвратив с помощью предлагаемого изобретения резкое охлаждение внешних и примыкающих к ним витков рулона и позволив полнее пройти в металле этих витков необходимым структурным преобразованиям, тем самым обеспечиваем требуемый уровень физико-механических свойств практически по всей длине свернутой в рулон полосы.

Предлагаемый способ теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы осуществляется следующим образом. Теплоизоляционный порошок, например шамот или мертель, смешивается с жидкостью, например водой или каким-либо раствором на основе воды, до получения суспензии или коллоидного раствора, достаточного жидкотекучего состояния для подачи и разбрызгивания его на поверхности рулона горячекатаной полосы, только что снятого с барабана моталки и установленного, например, на цепной транспортный конвейер для движения к последующим технологическим операциям (взвешиванию, маркировке и т.п.). Подача и разбрызгивание раствора, например, форсунками осуществляется под некоторым давление Q для надежной доставки раствора к средствам разбрызгивания, дробления его на капли и достижения этими каплями поверхности горячего рулона.

Капля раствора содержит большое количество частиц теплоизоляционного порошка и обладает значительно большей массой, чем эти частицы. Это позволяет ей преодолевать сопротивление конвективных потоков воздуха, движущихся вблизи горячего рулона, и достигать его поверхности именно в том месте, куда был направлен вектор ее скорости. Попав на поверхность горячего металла, капля прекращает свое существование ввиду испарения жидкости, а на поверхности рулона остаются достаточно прочно скрепленные частицы теплоизоляционного материала. Чем больше капель достигает поверхности горячего рулона, тем толще теплоизоляционный слой и тем меньше тепла теряют внешние витки рулона, например, до установки рулона под стационарные средства теплоизоляции (муфеля, кожухи и т.п.). Сохраненное таким образом тепло обеспечивает продолжение необходимых процессов структурообразования в металле внешних витков, сопоставимых по времени с аналогичными процессами в металле средних по намотке витков рулона. Как следствие, это отражается на более равномерном распределении значений физико-механических свойств по длине готовой полосы, охлажденной в таком рулоне.

Результаты испытаний различных технических решений для теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы приведены в таблице.

Таблица. Результаты испытаний твердости по длине горячекатаной полосы из стали 50ХГФА сечением 5x1250 мм, смотанной в рулон массой 13.1 т из 70 витков при температуре 779...812°С, с последующей выдержкой рулона в течение 48 часов под теплоизоляционным неотапливаемым кожухом.

Вариант технического решения теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосыВремя до начала теплоизоляции рулона под кожухомЗначения твердости не превышают допустимыхПо известному способу [Заяв.Японии №53-36468 от 1979 г.].2 часа 20 мин., до достижения рулоном температуры 479...512°Сначиная с 17-го витка при
разматывании рулонаБез использования теплоизоляции внешних поверхностей рулона.27 мин.начиная с 9-го витка при
разматывании рулонаПо предлагаемому способу.31 мин.30 сек.начиная с 3-го витка при
разматывании рулона

На схеме представлено устройство, состоящее из средства 1 смешивания порошка с жидкостью для получения суспензии или коллоидного раствора, средства 2 подачи его под давлением Q к системе разбрызгивающих форсунок 3, находящихся внутри кожуха 4, устанавливаемого с помощью средств 5 над горячим рулоном 6, непосредственно снятого с барабана моталки на цепи транспортирующего конвейера 7, которые могут быть оснащены средствами сбора излишков 8 теплоизоляционного материала, не попавшего на поверхность горячего рулона 6.

Устройство работает следующим образом. Средство смешения теплоизоляционного порошка с жидкостью 1 представляет собой емкость, в которую через отдельные патрубки подается заданного состава теплоизоляционный порошок и жидкость, перемешивающиеся между собой до консистенции суспензии или коллоидного раствора. Средства подачи раствора 2 включают в себя трубопроводы для доставки раствора под давлением к форсункам 3 и открывающийся-закрывающийся по сигналу оператора клапан или другое запирающее трубопроводы устройство. Разбрызгивающие форсунки 3 укреплены внутри кожуха 4 в таком количестве и под такими углами, чтобы разбрызгиваемый ими раствор попадал обязательно на всю поверхность внутренней и наружной образующих рулона 6. Кожух 4 средствами 5 (например, за проушины стропами мостового крана) устанавливается над рулоном горячекатаной полосы 6, непосредственно снятого с барабана моталки на цепи транспортирующего конвейера 7. По сигналу оператора средства подачи раствора 2 по трубопроводам, расположенным на внешней стороне кожуха 4, подают его под давлением Q к разбрызгивающим форсункам 3, до поступления сигнала о прекращении подачи раствора. Через систему форсунок 3 теплоизоляционный материал в виде раствора разбрызгивается на внешние поверхности рулона 6. В зависимости от состава наносимого теплоизоляционного материала, геометрических параметров рулона и марки стали полосы в рулоне определяется время подачи теплоизолятора на рулон. В любом случае это время не превышает трех-пяти десятков секунд, после чего кожух 4 с рулона 6 средствами 5 снимается и рулон с нанесенным на него теплоизоляционным покрытием начинает свое движение по конвейеру на взвешивание, маркировку и последующие технологические операции. Во время нанесения покрытия на рулон часть жидкотекучего теплоизоляционного материала, не попавшего на поверхность рулона или скатившаяся с него, попадает в сборники излишков 8 и периодически удаляется. Таким образом, ограниченное пространство под кожухом 4 и сборники излишков 8 защищают окружающую производственную среду от капель и брызг наносимого на рулон покрытия.

Изобретение предназначено для выравнивания значений физико-механических свойств металла по длине готовой горячекатаной полосы при охлаждении рулонов полосы. На поверхность рулона, достигшего температуры ниже, чем температура смотки полосы в рулон, наносят слой термоизолирующего порошка. Уменьшение температурного градиента наружных и средних по радиусу намотки витков рулона обеспечивается за счет того, что перед нанесением порошка его смешивают с жидкостью, получая коллоидный раствор, а затем полученный раствор путем разбрызгивания наносят на поверхности горячего рулона непосредственно после выхода его из моталки. Устройство содержит средства смешивания порошка с жидкостью для получения коллоидного раствора и средства подачи его под давлением в систему разбрызгивающих форсунок, укрепленных внутри кожуха, устанавливаемого над горячим рулоном после выхода его из моталки. 2 н.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы слоем теплоизолирующего покрытия при достижении рулоном температуры ниже температуры смотки, отличающийся тем, что используют покрытие в виде суспензии или коллоидного раствора, образованных путем смешивания теплоизолирующего порошка с жидкостью, при этом покрытие наносят путем разбрызгивания на поверхности горячего рулона непосредственно после выхода его из моталки.2. Устройство для теплоизоляции внешних поверхностей рулона горячекатаной полосы, содержащее средства нанесения теплоизолирующего покрытия на поверхности горячего рулона, отличающееся тем, что оно содержит средства смешивания порошка с жидкостью для получения суспензии или коллоидного раствора и средства подачи суспензии или раствора под давлением в систему разбрызгивающих форсунок, укрепленных внутри кожуха, устанавливаемого над горячим рулоном.